超高压带电作业机器人清扫装置优化设计与研究

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1、上海交通大学硕士学位论文超高压带电作业机器人清扫装置优化设计与研究姓名：叶敬安申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：翁新华20080201摘要超高压带电作业机器人清扫装置优化设计与研究摘要我国西北地区多风沙、少阴雨。在这种天气下，极易发生“污闪”事件，严重影响电力系统的安全运行。避免“污闪”事件发生的最有效的方法就是对变电站内的绝缘磁瓶进行定期清扫。在国家863项目的资助下，上海交通大学机器人研究所与兰州电力公司联合研制了超高压带电清扫作业机器人(HVCRⅠ)。它的出现很好地解决了室外变电设

2、备绝缘瓷瓶的带电清扫问题。但是第一代超高压带电清扫作业机器人仍有许多地方需要改进，比如：机器人移动载体的灵活性不高，机器人清扫装置的结构和功能不够完善等。为此，我们本着改进与提高的科学态度，研制了第二代高压带电清扫作业机器人(HVCRⅡ)。本课题主要优化和研究了机器人的清扫装置。从机电一体化产品设计的角度，我们将系统分为三个部分：机械系统、控制系统和液压系统，然后分别对其进行了研究。机械系统着重研究和分析了可变半径清扫手爪。可变半径清扫手爪装置采用了一种类似于手指的8杆机构。本文对该机构进行了分析、

3、研究和优化，确保其在进行清扫作业时对绝缘瓷瓶的环抱误差达到最小。采用pro/e进行了可变半径清扫手爪的结构设计，对其进行了运动干涉分析，完成了三维样机的研制。接着，论文介绍和分析了控制系统的设计原理与结构，我们采用了以PLC作为主控制单元，采用无线通讯技术对带电作业机器人进行远距离遥控操作，从而保证了操作人员的人身安全。同时编制了自动清扫程序，该程序可实现：在清扫手爪的毛刷自动旋转时，手爪左右摆动、以便清扫瓷瓶的边角，手爪也可同时开合，而升降叉架可随清扫毛刷自动下降，完全实现了瓷瓶的自动清扫。液压系

4、统是清扫装置的重要组成部分，液压系统可提供较大的动力，而且可以保证系统的绝缘性。我们采用变频器对液压系统进行速度调节，该方法方便可靠、效果好，可以满足系统的调速需求。论文的最后，我们对改进后的超高压带电清扫作业机器人进行了高电压绝缘性能打压试验。高电压绝缘性能试验是对机器人性能的一次综合测试，经检验，机器人达到了在国家规定的绝缘距离设计要求，实现了功能优化的目标。关键词：超高压带电作业机器人，可变半径清扫手爪，接力式绝缘升级机构，机构优化，运动仿真IAbstractOPTIMIZATIONANDRE

5、SEARCHONCLEANINGDEVICEFORHIGH-VOLTAGEHOT-LINECLEANINGROBOTABSTRACTIt’spoorinrainbutrichinsandandwindinnorthwesternChina."PollutionFlashover"accident,whichhugelyhandicapsthesafeoperationofthepowersystem,easilyoccursunderthiskindofcircumstance.Sponsoredb

6、yChinaNationalHi-techR&DProgram(863Program),theresearchinstituteofroboticsfromShanghaiJiaoTongUniversity,inalliancewithLanzhouPowercompany,developedthehigh-voltagehot-linecleaningrobot(HVCRⅠ).Thehot-linecleaningoftheinsulatorcouldberealizedaftertheHVCR

7、wasdeveloped.ButHVCRⅠstillleftusmanyunsolvedproblems,suchas:uneasymovementinthepowerstationandinefficiencyincleaningoftaperinsulator.SowearedevelopingthesecondgenerationofHVCR(HVCRⅡ).Thisthesissetsitseyeonthecleaningdevice,theupperpartofHVCRⅡ.Fromthean

8、gelofmechatronicproductdesign,wedividethesystemintothreeparts:mechanicalsystem,controlsystemandhydraulicsystem,whicharethenelaboratedseparatelyinthefollowingchapters.Thisthesisfocusesonthemechanicalandcontrolsub-system.Andtheradiusvaria